Un tentativo di modello per la fisica della magia
(anche An Attempt at a Model for the Physics of Magic by Dr. Immo Garrn)
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Supposizioni, teorie, approfondimenti 
Testo originale
INTRODUZIONE
Quando noi Babbani consideriamo la magia dei maghi, la domanda “Come fanno?” mira più onestamente a rispondere alla domanda “Come potremmo farlo noi?”.
Le riflessioni seguenti non permetteranno a nessuno di praticare la magia nel modo in cui la descrive J.K. Rowling, ma possono servire come base per comprendere che gli effetti che chiamiamo magia potrebbero essere spiegabili in termini di semplici scienze naturali babbane, in particolare fisica e chimica.
DEFINIRE LA MAGIA
Poiché una buona definizione dei fenomeni da descrivere spesso include un’ipotesi di lavoro, cercheremo di affrontare il compito di questo saggio attraverso delle definizioni. La prima domanda da porsi è se i risultati della magia siano impossibili oppure solo altamente improbabili.
Nel romanzo The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy di Douglas Adams, il “motore a improbabilità infinita” faceva accadere eventi con lo stesso livello di improbabilità su cui stava operando in quel momento; così il salvataggio di Ford Prefect e Arthur Dent, per quanto improbabile, avveniva comunque.
Un approccio più concreto è quello della generazione di un raggio LASER. Se si fosse chiesto a un fisico della fine del XIX secolo se fosse possibile far emettere fotoni alla materia in modo sincronizzato, così da combinarsi in un unico potente fascio di luce con poche dispersioni, la risposta sarebbe stata al massimo “estremamente improbabile”. Oggi, invece, questo avviene regolarmente in ogni lettore CD.
Questo ci porta ad una prima definizione di magia.
PRIMA DEFINIZIONE DI MAGIA
La magia è un mezzo per evocare volontariamente il comportamento improbabile della materia, viva o inanimata.
L’idea che la magia possa essere spiegata in termini babbani potrebbe far protestare molti lettori. Tuttavia, è evidente che la magia nei libri di J.K. Rowling agisce anche sulla materia non magica, come dimostrato più volte: oggetti babbani possono essere incantati, memorie modificate, e i Babbani possono essere sollevati in aria.
Dunque, le azioni magiche funzionano in modo tale che la materia non magica reagisce ad esse. Possiamo quindi formulare una seconda definizione di magia.
SECONDA DEFINIZIONE DI MAGIA
Gli usi magici e babbani della natura si intersecano, secondo una relazione di insieme e sottoinsieme.
Questo significa che gli effetti compresi e utilizzati scientificamente dai Babbani costituiscono una parte di quelli utilizzati dai maghi, mentre le capacità del mondo magico superano le possibilità della conoscenza babbana attuale.
UNO SGUARDO PiU' APPROFONDITO AGLI INCANTESIMI
Diamo uno sguardo a un incantesimo per capire cosa stia effettivamente facendo. Prendiamo, ad esempio, un incantesimo di evocazione: vediamo un mago puntare la bacchetta, pronunciare una formula e l’oggetto muoversi.
Muoversi significa che l’oggetto ha acquisito energia cinetica, senza necessariamente perdere energia potenziale o massa. Da dove proviene dunque questa energia? può essere indotta dal mago oppure generata in qualche modo all’interno dell’oggetto
La seconda ipotesi è improbabile in questo caso, poiché non sembra esserci alcun cambiamento nelle proprietà del materiale dell’oggetto evocato, anche se non si può escludere per altri incantesimi.
Le fonti canoniche ci dicono molto sul trasferimento di energia durante la magia. La maledizione Avada Kedavra è accompagnata da un arco di luce verde, mentre gli incantesimi Stupefacenti da luce rossa. Possono esserci anche effetti sonori quando un incantesimo viene eseguito (ancora una volta, Avada Kedavra può servire da esempio). Inoltre, sappiamo che l’elettronica babbana non funziona in presenza della magia.
Tutti questi fenomeni possono essere spiegati con una terza definizione di magia.
TERZA DEFINIZIONE DI MAGIA (il processo di esecuzione della magia)
La magia avviene tramite un trasferimento di energia elettromagnetica dall’incantatore all’oggetto dell’incantesimo, e possibilmente anche in senso inverso. Questa energia trasferita attiva direttamente l’effetto oppure ne induce l’attivazione.
Per le discussioni che seguono, dobbiamo assumere il modello ondulatorio dell’energia, secondo il quale ogni quanto di energia è un’onda elettromagnetica con una certa frequenza, e l’energia del quanto è proporzionale alla sua frequenza.
L’energia può essere trasferita a un oggetto se alcune sue parti sono in grado di assorbire o di entrare in risonanza con la frequenza dei quanti di energia trasferiti.
Come esempio consideriamo il riscaldamento dell’acqua in un forno a microonde.
Le microonde entrano in risonanza con i legami idrogeno-ossigeno nell’acqua (o in altre molecole che possiedono legami O-H), facendo sì che gli atomi coinvolti oscillino come due sfere collegate da una molla.
Frequenze diverse da quella di risonanza non attiveranno questo movimento oscillatorio, e le molecole che non possiedono legami chimici in grado di entrare in risonanza con la frequenza specifica delle microonde rimarranno inalterate (ad esempio, le molecole di polietilene, che non hanno legami O-H) e quindi resteranno fredde.
Per ottenere l’effetto desiderato, l’energia trasferita deve essere molto specifica. Deve attivare determinati atomi o molecole che costituiscono il bersaglio, senza interferire con altri atomi.
Come mostrato dall’esempio delle microonde sopra, tali processi sono possibili.
ELEMENTI DELL'ESECUZIONE DELLA MAGIA E LA LORO FUNZIONE
La capacità magica sembra essere un tratto ereditario nell’umanità. La sua base genetica appare complessa e fondata su geni recessivi. Ciò è dimostrato dal fatto che i maghi nati da Babbani sono possibili e si verificano regolarmente, mentre i Magonò sono molto rari.
Una possibile definizione dell’abilità magica, intesa come capacità fisica dell’essere umano, è la seguente:
La capacità di compiere magia è la capacità di attivare, all’interno del proprio corpo, spettri di energia adeguati allo scopo e di trasferirli all’oggetto tramite mezzi appropriati.
Analizziamo ora quali parti del corpo del mago e quali oggetti sono coinvolti nell’esecuzione di un incantesimo e quale funzione svolgono. L’immagine seguente può servire come modello: vediamo un mago lanciare un incantesimo, la bacchetta emette l’energia magica, visibile come un fascio luminoso tra la bacchetta e l’oggetto, e l’oggetto reagisce.
ACCIO!!
Quindi i seguenti elementi fanno parte dell’esecuzione della magia:
- il cervello e il corpo del mago
- la bacchetta
- l’oggetto
Il cervello del mago definisce l’intento e rilascia le informazioni necessarie per lo spettro di energia da trasferire. Il rilascio dell’energia corretta è collegato a una formula specifica, che può essere pronunciata con un certo ritmo, melodia e pronuncia (si veda Harry Potter e la Pietra Filosofale) oppure semplicemente pensata con grande concentrazione (come gli incantesimi non verbali in Harry Potter e il Principe Mezzosangue)
Questa formula può attivare direttamente lo spettro di energia adeguato all’intento, oppure essere semplicemente una formula appresa che entra in risonanza, che il mago impara ad associare al rilascio dell’energia appropriata.
A sostegno di questa seconda teoria, possiamo osservare che gli incantesimi che conosciamo sono parole coerenti con l’intento, appartenenti a lingue comprensibili nella cultura della società magica britannica. Altre culture avranno sicuramente i propri incantesimi, comprensibili per loro, ma questo non è documentato.
I maghi che devono pronunciare l’incantesimo devono farlo correttamente; altrimenti l’energia rilasciata non è quella giusta e l’incantesimo non produce alcun effetto, oppure genera effetti indesiderati. I maghi più potenti possono invece liberare l’energia corretta senza parlare.
Un problema da risolvere è capire perché l’energia magica che fluisce attraverso il mago non influenzi le molecole sensibili all’interno del suo corpo (problema dell’auto-assorbimento). Questo può essere spiegato ipotizzando che il modello energetico venga formato direttamente nelle dita o negli occhi dell’incantatore (Gli incantesimi senza bacchetta che richiedono il contatto visivo sembrano indicare che anche questo possa essere un mezzo di trasporto dell’energia magica).
La bacchetta risuona con le energie rilasciate dal corpo del mago e le amplifica come un’antenna. Questo potrebbe spiegare perché alcune bacchette funzionano meglio con certi maghi, se si assume una qualche forma di modulazione delle frequenze degli incantesimi su una portante, come le frequenze sonore modulate su un’onda radio per la trasmissione. Allo stesso modo, le particolari attitudini per determinate branche della magia, come indicato da Ollivander potrebbero essere spiegate assumendo che alcune branche della magia utilizzino specifiche bande di frequenza, e che alcune bacchette risuonino meglio di altre a quelle frequenze.
L’oggetto risuona, in tutto o in parte, con l’energia in arrivo e reagisce di conseguenza. Il risultato è: magia.
È difficile stabilire se gli effetti sonori e luminosi che accompagnano l’esecuzione di un incantesimo abbiano una funzione. Sappiamo che tali effetti esistono (per esempio, un fascio verde e un suono acuto e sibilante per Avada Kedavra). Gli effetti di luce e suono associati a certi incantesimi indicano il trasferimento di energia, ma non devono necessariamente essere parte funzionale dell’effetto stesso.
È possibile che si tratti di onde armoniche o subarmoniche delle frequenze efficaci, oppure si può ipotizzare che siano sottoprodotti delle energie necessarie per tali incantesimi, senza una funzione propria (simili a onde armoniche). Tuttavia, non vi è alcuna certezza in merito.
ESEMPI DI MAGIA
Per illustrare la teoria delineata sopra, consideriamo il meccanismo di due incantesimi.
Accio: Incantesimo di evocazione
Questo incantesimo deve svolgere due funzioni: deve far sollevare un oggetto da terra e deve conferirgli energia cinetica e una direzione. Questo vale per Accio così come per gli incantesimi di espulsione, il volo su scopa o — senza la necessità di assegnare velocità e direzione — la levitazione.
Un oggetto giace a terra e possiede peso perché la gravità lo attira verso il centro della Terra. La natura della gravità non è ancora chiara ai fisici, ma può essere visualizzata come uno scambio di energia proporzionale alla massa dei corpi. I quanti di energia scambiati sono chiamati gravitoni e possono, come altre particelle subatomiche, essere considerati sia come onde elettromagnetiche sia come particelle.
Poiché a ogni particella è associata una antiparticella, rendere un oggetto capace di volare, cioè di levitare (farlo comportare in modo anti-gravitazionale), potrebbe essere possibile creando degli anti-gravitoni. (Roger Highfield ha fornito alcuni esempi di come i Babbani abbiano tentato di farlo).
Il movimento può essere spiegato tramite moto browniano sincronizzato, emissione di particelle o meccanismi simili.
Avada Kedavra: la Maledizione Mortale
Il risultato di questa maledizione è la morte istantanea, senza tracce visibili in una normale autopsia. Sembra essere un comando del tipo “smetti di vivere”.
La teoria secondo cui ciò avvenga attraverso un drenaggio così elevato di energia dalla vittima da causarne la morte per un raffreddamento istantaneo è implausibile, poiché il sovrarraffreddamento lascia tracce caratteristiche, come emorragie interne.
Un’altra teoria ipotizza uno shock vasovagale, ovvero un improvviso calo della pressione sanguigna che porta all’arresto cardiaco. Una persona che soffre di shock vasovagale perde conoscenza istantaneamente, ma le funzioni cerebrali si interrompono più lentamente. Quindi la vittima subirebbe una morte cardiaca immediata, ma potrebbe essere rianimata con un massaggio cardiaco.
Un’altra possibile spiegazione è l’alterazione di tutte le sostanze neurotrasmettitorie, che porta alla cessazione di tutte le attività corporee, incluse quelle cerebrali. Questa morte sarebbe istantanea e senza tracce, a meno che un’autopsia non includa l’analisi della concentrazione di eventuali neurotrasmettitori attivi nelle cellule di una vittima dell’AK.
Per ottenere questo effetto, sarebbe necessario modificare legami chimici estremamente specifici, cosa che potrebbe avvenire tramite un’unica specifica energia in risonanza con quei legami chimici.
Questo meccanismo funzionerebbe anche su esseri privi di sistema vasovagale, e quindi appare, allo stato attuale, la spiegazione più plausibile.
I BABBANI POSSONO STUDIARE LA MAGIA?
I Babbani possono studiare la magia?
Riprendendo il filo del discorso iniziale di questo saggio, la domanda posta all’inizio è: se noi Babbani potessimo imparare la magia osservandola da un punto di vista fisico, sarebbe possibile creare macchine in grado di eseguire incantesimi?
Il problema principale è trovare un mago disposto a collaborare alla ricerca. I Babbani hanno costruito ricevitori e analizzatori per quasi ogni gamma di frequenze, dall’infrasuono alle onde sonore, dalle onde radio alle microonde, fino ai raggi X o gamma. Quindi, una volta trovato un mago o una strega collaborativi, analizzare lo spettro energetico di qualsiasi incantesimo non dovrebbe rappresentare che una serie di problemi tecnici impegnativi ma gestibili.
Come un pappagallo, si potrebbe poi riprodurre un incantesimo specifico una volta che il suo meccanismo fosse stato identificato in questo modo, ma è dubbio che, anche se si riuscisse a riprodurre una singola esecuzione di un incantesimo, si possa poi sviluppare un metodo con cui i Babbani possano applicarlo in modo generale in altre situazioni.
Come potrebbe l’approccio scientifico babbano influenzare il mondo magico?
Infine, la domanda è: il mondo magico potrebbe trarre beneficio dall’uso degli approcci scientifici babbani alla magia?
Sappiamo che esistono molti problemi irrisolti nel mondo magico — dalla cura dei morsi di lupo mannaro al blocco della maledizione Avada Kedavra. Comprendere la natura di questi effetti magici in termini di fisica e chimica babbana potrebbe rendere più facile sviluppare contromisure.
Quindi: Hogwarts ha bisogno di un insegnante di scienze.
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Testo originale link
Introduction
When we Muggles consider wizards’ magic, the question “How do they do it?” aims more honestly at the answer to the question “How could we do it?” The following thoughts will not enable anyone to do magic in the way J.K. Rowling describes it, but may serve as a basis for understanding that effects we call magic might be explicable in terms of mere Muggle natural sciences, especially physics and chemistry.
Defining Magic
As a good definition of the facts to be described often includes a working hypothesis, we shall try to tackle the task of this essay by definitions. The first question to be asked is, if the results of magic are impossible or only highly improbable. In the Douglas Adams novel The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy,[1] the “infinite improbability drive” made things happen that were on the same improbabilitiy level as the one the drive was currently operating on, and so the saving of Ford Prefect and Arthur Dent, improbable as it was, nevertheless happened. A more down-to-earth approach would be the generation of a LASER beam. If one had asked a physicist of the end of the 19th century if it were possible to make matter emit photons in a synchronised way, so that they add themselves to one strong light beam with few escaping, this would have been called “extremely improbable” at best. This is now done on a regular basis in every CD-player. This leads us to a
First Attempt at a Definition of Magic: Magic is a means of willingly invoking the improbable behaviour of living or dead matter.
The idea that magic may be explicable in Muggle terms may cause many a reader to protest. But obviously, the magic of J.K. Rowling’s books works on non-magic matter, as shown repeatedly in the books: Muggle artifacts can be enchanted, Muggle memories can be modified, Muggles can be suspended in the air. So, magic actions do work in a way non-magic matter reacts to. Therefore, one can formulate a
Second Attempt at a Definition of Magic: Magical and Muggle uses of nature intersect, in the manner of a set and subset relation.
This means that the effects scientifically understood and used by Muggles are a part of the effects used, though not necessarily knowingly understood, by wizards, while the abilities of the wizarding world exceed the possibilities of the Muggle knowledge of today.
A Closer Look at Spellwork
Let us have a look at a spell to see what it is doing. Take, for example, a summoning charm: we see a wizard pointing a wand, speaking an incantation and the object moving. Moving means that the object has gained kinetic energy, while not necessarily losing potential energy or mass. So, where does this energy come from?
It can be either induced by the wizard or be somehow generated within the object. The latter is impossible in this case, as there seems to be no change of properties of the material within the summoned object, although it cannot be ruled out for other spells. Canon tells us a lot about energy transfer during magic. The Avada Kedavra (AK) curse is accompanied by a green light arc, Stunners by red ones. There can be sound, if a spell is performed (again, AK may serve as an example). Also we hear that Muggle electronics do not function in the presence of magic (GF28). All these phenomena can be explained, by a
Third Attempt at a Definition of Magic (the process of performing magic): Magic is effected by a transfer of electromagnetic energy from the spell caster to the object of the spell and possibly back. This transferred energy either activates the effect itself or induces the activation of the effect.
For the following discussions, we must assume the wave model of energy, meaning that each energy quantum is an electromagnetic wave of a certain frequency, the energy of the quantum being proportional to the frequency it has. Energy can be transferred to an object if parts of this object are able to absorb or to resonate with the frequency of the transferred energy quanta. As an example, consider the heating of water by a microwave oven. The microwaves resonate with the hydrogen-oxygen bonds in the water (or other molecules that have O-H bonds as well), so that the atoms in this bond begin to swing like two balls connected by a spring. Other frequencies than the resonance frequency of this spring will not activate the swinging process and molecules having no chemical bonds able to resonate to the special frequency of the microwave will remain unaffected by the microwaves (for example, polyethylene molecules, which have no O-H bonds) and remain cold.
To achieve the intended effect, the energy transferred has to be very specific. It has to activate certain atoms/molecules that are the target and and not interfere with other atoms. As shown with the example of microwaves above, such processes are possible.
Elements of Performing Magic and Their Function
The trait of magic ability seems to be hereditary within mankind. Its genetic basis seems to be complex and based on recessive genes. This is shown by the fact that Muggle-born wizards are possible and occurr on a regular basis, while Squibs are very rare. A possible definition of magical ability, understood as a physical capacity of humans, is
The ability to perform magic is the ability to activate purpose-fitting energy spectra within one’s body and to transfer them to the object via appropriate means.
Let’s now analyze which parts of the wizard’s body and which objects are involved in performing a spell and which function they fulfill. The image below may serve as a model. We see a wizard cast a spell, the wand emits the spell energy, as seen by a light jet between wand and object, and the object reacts.
Accio!
So, the following elements are part of performing magic:
The wizard’s brain and body
The wand (not necessary)
The object.
The wizard’s brain defines the intent and releases the information for the energy spectrum to be transferred. The release of the correct energy is connected with a special formula either to be spoken in a certain rhythm, melody and pronounciation (see Wingardium Leviosa in Harry Potter and the Philosopher’s Stone) or just to be thought with great concentration (wordless magic in Harry Potter and the Half-Blood Prince). This formula either activates this intent-fitting energy spectrum by itself or is just a resonating, learned formula that a wizard learns to connect with the release the appropriate energy. For evidence of the latter theory, we might note that the incantations known to us are intent-fitting words in languages understood in the culture of the wizarding society of Great Britain. Other cultures will surely have their own incantations, intelligible to them. But that is not written down in canon.
Wizards needing to speak the incantation need to speak the incantation correctly, otherwise it does not release the right energy and has no effect, or it results in unintended effects (for example, the Barufio incident in (PS10), or Neville’s inability to cast effective spells with his broken nose in (OP35)). More powerful wizards ( = wizards able to focus their minds better?) can release the right energy without speaking.
A problem to be solved is why the magic energy flowing through the wizard does not affect sensitive molecules within the wizard (self-absorption problem). This may be explained by assuming that the energy pattern itself is formed in the fingertips or the eyes of the spell-caster. (Wandless spells needing eye contact seem to indicate that this is a possible means of magical energy transportation, too.)
The wand resonates with the energies released from the wizard´s body and amplifies them like an antenna. This may explain why certain wands operate better with certain wizards, if one assumes some sort of modulation of spell frequencies on a carrier, like sound frequencies modulated on a radio wave for transmission. Similarly, special aptitudes for certain branches of magic, as indicated by Ollivander in (PS5), might be explained by assuming that certain branches of magic use special frequency bands, and that certain wands resonate better at those frequencies than others.
The object resonates in total or in parts with the energy coming in and reacts accordingly. The resulting effect is: magic.
It is difficult to assess from canon whether sound and light effects occurring with the execution of a spell have any function. We know such effects occur (for example, a green jet and a sharp, swooshing sound for AK (PS2, GF1), a red jet for Stunners (OP31)). Light and sound effects connected with certain spells indicate the energy transfer, but need not be functional parts of the effect. Possibly, they are harmonic or subharmonic waves of the effective frequencies. Or one may assume that these effects are by-products of the necessary energies for these spells without a function of their own (like harmonic waves). But this is in no way sure.
Examples of Magic
To illustrate the theory sketched above, let’s consider the mechanism of two spells.
Accio: Summoning Charm
This charm has to solve two functions. It has to make an object rise from the ground and it has to give it kinetic energy and a direction. This applies for Accio as well as for Banishing charms, broomstick flying or—without the neccessity of giving the object speed and direction—levitation.
An object lays on the ground and has weight because graviation pulls it towards the centre of the earth. The nature of gravitation is not yet clear to physicists, but it can be visualised as being an exchange of energy that is proportional to the mass of the bodies. The energy quanta exchanged are called gravitons and may, as may other subatomic particles, be seen as an electromagnetic wave as well as a particle. Since with every particle there is associated an anti-particle, to make an object fly, to levitate it (cause the object to act in an manner that is anti-gravity), may be possible by creating anti-gravitons. (Roger Highfield has given some examples of how Muggles tried to do so[2]).
The motion may be explained by synchronized Brownian Motion, emission of particles or similar mechanisms.
Avada Kedravra: The Killing Curse
The result of this curse is instant death leaving no traces visible in a normal post-mortem. It seems to be a command to “Stop living.” The theory that this is accomplished by draining so much energy from the victim that this unfortunate dies from instant undercooling is implausible, because undercooling leaves traces, characteristic internal bleedings. Another theory assumes vasovagal shock, a sudden drop of blood pressure leading to heart stoppage, as a mechanism for this curse. A person suffering vasovagal shock loses consciousness instantly, but the brain functions die slower. So the victim suffers instantaneous heart death, but could be revived if treated with heart massage. However, spiders, who have no vasovagal system, are affected (GF14). So, this rules out this mechanism, too.
Another possible mechanism is altering all neurotransmitting substances, leading to an end of all bodily activities, including brain activities. This death would be instantaneous and traceless, if any autopsy performed included no attempt to determine the concentration of possibly active neurotransmitters in the cells of an AK victim. In order to effect this, just very specific chemical bonds would have to be altered, which could be done with one specific energy, that resonates with these specific chemical bonds. This works on beings without a vasovagal system as well, so this seems to be the best explanation at this time.
Could Muggles Research Magic?
Taking up the thread from the beginning of this essay, the question originally posed: if we Muggles could learn magic by looking at it from the physical point of view, would it be possible for Muggles to create machines that could perform spells?
The main problem is finding a cooperative wizard for one’s research. Muggles have created receivers and analysers for nearly every frequency range, from far infrasound over sound, radio waves, and microwaves, to X-rays or gamma rays. So once a willing wizard or witch was found, analysing the energy spectrum of any spells cast should pose only a few challenging but manageable technical problems. Like a parrot, one could then repeat a particular spell once its mechanism had been identified in this fashion, but it is doubtful that even if a manner of reproducing a particular instance of a spell could be developed, that any method could be developed by which Muggles could apply the spell generally in other situations.
How Could the Muggle Science Approach Affect the Wizarding World?
Finally, the question is: Can the wizarding world benefit by using Muggle approaches to magic? We know that there are a lot of unsolved problems in the wizarding world—from curing werewolf bites to blocking Avada Kedavra. Understanding the nature of these magical effects in terms of Muggle physics and chemistry might make it easier to create countermeasures. So—Hogwarts needs a science teacher!
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Notes
The author would like to acknowledge all the contibutors to threads on the Harry Potter Lexicon Forum discussing magical theory, especially those known under the following screen names: Mattew Bates, Ari, Nine, Istari Jones, Hermione Potter, Denise S., Kathy Lynch, Buckbeat, Cliff Hamaker, Saralinda, Meg L., Pinky, Olivia Wood, Derby Nastyface, Maré, Elanor, Caius Marcius, Amy Z., Paul. Dionne, and Lisa Inman.
[1] Douglas Adams, The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy, German translation, Ullstein 22491, Frankfurt / Berlin 1995.
[2] Roger Highfield, The Science of Harry Potter, Viking, Harmondworth 2002.
